王繼現(xiàn)，夏保通，柳曉瑤，江 磊

（1.河南省信息咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)研究有限公司，河南 鄭州 450000；2.華夏郵電咨詢(xún)監(jiān)理有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

西藏自治區(qū)是我國(guó)太陽(yáng)能資源最豐富的省區(qū)，年日照時(shí)間大部分地區(qū)在2 000 h以上，年輻射量可達(dá)6 000～8 000 MJ/m2。由于地廣人稀，很多地區(qū)尤其是道路沿線無(wú)市電可用，因此采用離網(wǎng)型風(fēng)光供電系統(tǒng)為通信基站提供能源是最合理的解決方案。但是，這種風(fēng)光能源不穩(wěn)定，如何更好地收集與處理風(fēng)光能源，保證基站設(shè)備穩(wěn)定供電是各運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

1 風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理

通信用風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)是將獨(dú)立的太陽(yáng)能和風(fēng)能電源結(jié)合設(shè)計(jì)的離網(wǎng)型供電設(shè)施。系統(tǒng)由能量采集設(shè)備（太陽(yáng)能光伏電池板，簡(jiǎn)稱(chēng)PV；風(fēng)力發(fā)電機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)風(fēng)機(jī)）、控制設(shè)備（太陽(yáng)能控制器、風(fēng)能控制器等）及能量存儲(chǔ)設(shè)備（蓄電池組）3部分組成，結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)原理框圖

系統(tǒng)工作原理為風(fēng)機(jī)先將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為交流電能，再通過(guò)整流（穩(wěn)壓）轉(zhuǎn)換成直流電能，PV則將光能轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定的直流電能。經(jīng)能量控制系統(tǒng)整定后，將電能輸送至蓄電池組和負(fù)載。蓄電池組用以存貯電能，在無(wú)風(fēng)無(wú)光時(shí)為負(fù)載供電。

系統(tǒng)工作模式包括以下4種。一是有光無(wú)風(fēng)時(shí)由PV供電（相當(dāng)于太陽(yáng)能供電系統(tǒng)）；二是無(wú)光有風(fēng)時(shí)由風(fēng)機(jī)供電（相當(dāng)于風(fēng)能供電系統(tǒng)）；三是有光有風(fēng)時(shí)PV和風(fēng)機(jī)同時(shí)供電。蓄電池充足后，一般以PV優(yōu)先為負(fù)載供電，在太陽(yáng)能電力不足時(shí)投入風(fēng)機(jī)，最大限度地減少風(fēng)機(jī)磨損，提高供電可靠性；四是無(wú)光無(wú)風(fēng)時(shí)由蓄電池供電，直至陽(yáng)光或風(fēng)力出現(xiàn)，補(bǔ)充蓄電池放電損失的能量。

電量充足的蓄電池持續(xù)放電的最長(zhǎng)時(shí)間也就是系統(tǒng)持續(xù)供電的極限時(shí)間，此時(shí)所對(duì)應(yīng)蓄電池的放電量是蓄電池的極限能耗[1]。蓄電池組最大持續(xù)供電時(shí)間（T）和系統(tǒng)補(bǔ)足蓄電池組最大能耗所用時(shí)間（N）是設(shè)計(jì)風(fēng)光互補(bǔ)電源的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。離網(wǎng)型風(fēng)光供電系統(tǒng)首要關(guān)注的性能為系統(tǒng)對(duì)蓄電池充放電的管理能力和系統(tǒng)的工作效率。

2 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)特性及優(yōu)缺點(diǎn)

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)由PV、太陽(yáng)能控制器以及蓄電池組構(gòu)成，各部件特點(diǎn)如下。

2.1 通信用PV種類(lèi)及特點(diǎn)

2.1.1 PV種類(lèi)

PV依組成材料的不同可分成單晶、多晶以及非晶3種類(lèi)型，目前通信常用PV主要是單晶硅太陽(yáng)能組件和多晶硅太陽(yáng)能組件。由于單晶硅在多晶硅的基礎(chǔ)上加工而成，因此單晶硅電池較多晶硅電池造價(jià)高。早期的單晶硅PV比多晶硅PV的光電轉(zhuǎn)換率高5%～8%，但近年硅電池工藝有很大改進(jìn)，多晶硅PV的電氣性能已與單晶硅基本相同，光電轉(zhuǎn)換效率都已達(dá)到15%，功率衰減率也都滿(mǎn)足20年內(nèi)小于10%的指標(biāo)。兩者差異僅在于將單晶硅電池分割成小片時(shí)，由于單晶硅晶體排列一致，因此切割成的等面積小片電池電氣性能具有很高的一致性，而多晶硅晶體排列混亂，切割的等面積小片電氣一致性差，這對(duì)廠家生產(chǎn)小功率PV有較大影響，但對(duì)通信用戶(hù)幾乎沒(méi)有任何影響。綜上所述，硅材料PV基本能夠達(dá)到等同的高效率、長(zhǎng)壽命以及高可靠等性能指標(biāo)。

PV是組成太陽(yáng)能電源的主要部件，其建成后幾十年內(nèi)幾乎不會(huì)發(fā)生故障，因此構(gòu)建太陽(yáng)能電源的關(guān)注重點(diǎn)并非PV板。

2.1.2 PV輸出特性曲線

單晶硅PV和多晶硅PV有相同的輸出特性曲線。PV的輸出功率是隨光照強(qiáng)度尤其是紫外光強(qiáng)度、溫度以及負(fù)載類(lèi)型而變化的。當(dāng)光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度一定時(shí)，PV輸出功率曲線是一個(gè)類(lèi)拋物線,如圖2所示。為了計(jì)量PV的工作功率，國(guó)標(biāo)規(guī)定了統(tǒng)一的測(cè)試光照標(biāo)準(zhǔn)，即在25 ℃、1.5個(gè)大氣壓以及1 kW/m2光照強(qiáng)度時(shí)，將PV的最大輸出功率定義為PV的計(jì)量功率（亦即峰值功率），單位為Wp。

圖2 PV輸出特性曲線

從圖2可以看出，PV的輸出電流隨電壓的降低而增大。自PV開(kāi)路時(shí)的22 V起，當(dāng)工作電壓降到17 V時(shí)，PV電流的增加與電壓的降低幾乎是線性關(guān)系。但在17 V以后，電流的增量就幾乎不再隨電壓的降低而增大，直至工作電壓降到0 V即PV短路時(shí)，其短路電流較17 V處的電流值也相差不到3%?？梢?jiàn)對(duì)于12 V的PV而言，當(dāng)工作電壓小于17 V以后，其輸出電流幾乎不變（恒流現(xiàn)象），這個(gè)特定電壓值在曲線上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)即為PV的峰值工作點(diǎn)。

PV的這一重要特性表明，在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)和環(huán)溫下，只有將PV的工作電壓維持在17 V左右時(shí)才能得到其最大輸出功率。據(jù)此可知，若PV工作電壓與蓄電池組工作電壓相綁定，則無(wú)法使PV輸出其最大功率。

2.2 太陽(yáng)能控制器的種類(lèi)和特點(diǎn)

太陽(yáng)能控制器是整個(gè)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件，它決定了太陽(yáng)能電源系統(tǒng)的效率和可靠性。太陽(yáng)能電源從穩(wěn)壓方式上可分為子陣投切與PWM脈寬調(diào)制型（簡(jiǎn)稱(chēng)蓄電池穩(wěn)壓型）和DC-DC穩(wěn)壓型（簡(jiǎn)稱(chēng)直流變換穩(wěn)壓型）兩種類(lèi)型。這兩類(lèi)太陽(yáng)能控制器在工作原理和使用性能上差異很大，各有優(yōu)劣。

2.2.1 蓄電池穩(wěn)壓型控制器

蓄電池穩(wěn)壓型太陽(yáng)能控制系統(tǒng)是采用投切PV板接入的數(shù)量調(diào)節(jié)太陽(yáng)能輸入電流的一種太陽(yáng)能控制設(shè)備。其低端產(chǎn)品運(yùn)行方式為直接投切太陽(yáng)能子陣調(diào)節(jié)輸入電流，調(diào)節(jié)精度粗放；其改良型產(chǎn)品采用調(diào)節(jié)脈沖占空比的方式投切太陽(yáng)能子陣，調(diào)節(jié)較為精細(xì)[2]。上述兩種機(jī)型都利用蓄電池組作為系統(tǒng)穩(wěn)壓和儲(chǔ)能器件，因此蓄電池組電位是控制系統(tǒng)最關(guān)鍵的控制參量。蓄電池穩(wěn)壓型太陽(yáng)能控制器工作原理如圖3所示。

圖3 蓄電池穩(wěn)壓型太陽(yáng)能控制器工作原理框圖

蓄電池穩(wěn)壓型太陽(yáng)能電源系統(tǒng)的PV輸出端、蓄電池端以及負(fù)載的電位被蓄電池綁定并始終保持一致，流出PV的電流與流入蓄電池和負(fù)載的電流始終完全相等，這是蓄電池穩(wěn)壓型太陽(yáng)能電源系統(tǒng)的重要特征。

PV的輸出功率等于蓄電池電勢(shì)差與回路電流乘積，即WO=UO×I。蓄電池電壓越低，內(nèi)阻消耗電能就越大，PV工作效率也就越低，這是蓄電池穩(wěn)壓型控制系統(tǒng)的重大缺陷。

由于成批量地投切太陽(yáng)能子陣，因此這類(lèi)系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)PV子陣投入越多、甩斷越少的弊病?？刂颇Ｊ竭^(guò)于粗放，實(shí)際上只能實(shí)現(xiàn)過(guò)欠壓保護(hù)功能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組的均浮充管理。其改進(jìn)型產(chǎn)品通過(guò)調(diào)控脈沖占空比方式（Pulse Width Modulation，PWM）甩接PV子陣，使PV子陣間歇式接入或切出系統(tǒng)，直至全部接入或甩斷，從而精細(xì)蓄電池穩(wěn)壓型控制器的調(diào)節(jié)性能，避免了PV容量的大幅浪費(fèi)[3]。

蓄電池穩(wěn)壓型太陽(yáng)能控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、控制器體積相對(duì)較小以及安裝使用方便。缺點(diǎn)為、以下4點(diǎn)：一是系統(tǒng)工作效率較低，PV輸出電壓與蓄電池電壓綁死，無(wú)法跟蹤PV最大功率點(diǎn)；二是系統(tǒng)依賴(lài)蓄電池穩(wěn)壓，其可靠性依賴(lài)于蓄電池性能；三是在蓄電池需要大電流充電時(shí)，系統(tǒng)工作效率低，而在蓄電池飽滿(mǎn)時(shí)工作效率高，但此時(shí)蓄電池已不再需要大電流；四是由于控制器本身無(wú)穩(wěn)壓功能，對(duì)蓄電池組實(shí)際上只能有過(guò)欠壓保護(hù)，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)均浮充管理，嚴(yán)重影響蓄電池的使用性能和循環(huán)壽命。蓄電池穩(wěn)壓型控制器適用于PV功率＜1 000 Wp的系統(tǒng)。

2.2.2 直流變換穩(wěn)壓型太陽(yáng)能控制器

（1）工作原理。太陽(yáng)能系統(tǒng)的MPPT功能必須在直流變換穩(wěn)壓工作模式下才能體現(xiàn)。此時(shí)，PV的輸入端電壓通過(guò)設(shè)置在控制器輸入端的功率比較電路，在負(fù)載需要大功率輸出的前提下自動(dòng)跟蹤PV最大工作點(diǎn)，使系統(tǒng)輸出最大功率。太陽(yáng)能MPPT功能原理如圖4所示。

圖4 太陽(yáng)能MPPT功能原理圖

在圖4中，PV與蓄電池和負(fù)載分別位于兩個(gè)回路中，這與以蓄電池穩(wěn)壓的太陽(yáng)能電源系統(tǒng)不同。在該系統(tǒng)中，PV與脈沖變壓器初級(jí)串聯(lián)為一個(gè)回路，由最大功率點(diǎn)跟蹤電路（Maximum Power Point Tracking，MPPT）控制，可任意調(diào)節(jié)，使PV輸出電壓接近PV最大功率工作點(diǎn)電壓，一般48 V系統(tǒng)在66 V左右。蓄電池及負(fù)載和脈沖變壓器次級(jí)串聯(lián)成另一個(gè)回路，脈沖變壓器將初級(jí)線圈上66 V左右的電壓變換為次級(jí)43～56 V的脈沖電壓，經(jīng)整流濾波后輸送給蓄電池和負(fù)載。同時(shí)直流變換穩(wěn)壓型電源輸入電壓在允許范圍內(nèi)不受串聯(lián)組件數(shù)量的限制，一般慣例為4塊組件，但也可允許5塊甚至6塊標(biāo)準(zhǔn)PV串聯(lián)輸入，或者采用特制的高壓PV，人為提高PV輸入電壓，進(jìn)一步提升太陽(yáng)能系統(tǒng)的工作效率。特制的太陽(yáng)能組件很難被民用PV系統(tǒng)直接使用，因此在一定情況下起到了防盜作用。PV工作電壓的提高大大降低了串聯(lián)在初級(jí)回路的PV內(nèi)阻的損耗，提高了PV的輸出效率。

（2）太陽(yáng)能電源系統(tǒng)中蓄電池的工作狀態(tài)和特點(diǎn)。在太陽(yáng)能電源系統(tǒng)中，蓄電池每天都會(huì)充放電，系統(tǒng)輸出電壓的大小是由蓄電池的充足程度決定的。因此，系統(tǒng)輸出電壓會(huì)在設(shè)定的蓄電池電壓欠壓保護(hù)點(diǎn)和均浮充電壓點(diǎn)之間波動(dòng)[4]。

目前，根據(jù)西藏氣候特點(diǎn)，通信設(shè)施普遍采用的設(shè)計(jì)配置是在陰雨天時(shí)，蓄電池可連續(xù)3天（72 h）為負(fù)載供電。在日照正常時(shí)，PV在連續(xù)3個(gè)晴天中（累積15～18 h）充足蓄電池，即相當(dāng)于每天除保證負(fù)載用電外還要給蓄電池補(bǔ)足24 h的負(fù)載運(yùn)行能量。系統(tǒng)持續(xù)的供電時(shí)間是取決于蓄電池組的，在連續(xù)陰雨天時(shí)，蓄電池組的供電時(shí)間將由當(dāng)天下午太陽(yáng)落山時(shí)（約17:00）計(jì)起，直至第4天的17:00，共計(jì)72 h。

蓄電池的工作狀態(tài)若是充足，那么17:00—9:00會(huì)釋放負(fù)載15 h的運(yùn)行容量，相當(dāng)于蓄電池可放容量的21%（亦蓄電池標(biāo)稱(chēng)容量的15%）。在晴天，這部分釋放能量會(huì)在第二天被補(bǔ)足并進(jìn)入浮充態(tài)。若接下來(lái)遭遇1個(gè)陰天，則將累積放出負(fù)載工作39 h的電能，相當(dāng)于蓄電池可放容量的54%（亦即蓄電池標(biāo)稱(chēng)容量的39%）。若次日為晴天，則能夠補(bǔ)回24 h的能量，尚欠15 h充電量。若連續(xù)遭遇兩個(gè)陰雨天，則將釋放63 h的負(fù)載運(yùn)行電能，相當(dāng)于蓄電池可放容量的87.5%（亦即蓄電池標(biāo)稱(chēng)容量的63%）。若次日為晴天，則可補(bǔ)回24 h的能量，尚欠39 h。但若遭遇3個(gè)連續(xù)陰雨天，則將釋放72 h的負(fù)載工作電能，相當(dāng)于蓄電池可放容量的100%（亦即蓄電池標(biāo)稱(chēng)容量的75%），達(dá)到蓄電池組放電下限。在這種情況下，負(fù)載將在第三天18:00斷電。

從以上分析可以看出，當(dāng)太陽(yáng)能電源處于連續(xù)晴天時(shí)，蓄電池組每天僅需要放出15 h的負(fù)載運(yùn)行電量，而會(huì)在下一個(gè)晴天被補(bǔ)足，并使蓄電池組處于浮充狀態(tài)。此工作狀態(tài)不僅不會(huì)傷害蓄電池組，反而會(huì)因反復(fù)的淺度充放電而對(duì)蓄電池組極板活性物質(zhì)產(chǎn)生積極的激活作用。但只要在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)1個(gè)陰雨天，蓄電池放出的電能就會(huì)超過(guò)PV當(dāng)天補(bǔ)充電能的極限（即負(fù)載24 h能耗量），出現(xiàn)兩個(gè)以上連續(xù)陰雨天時(shí)，蓄電池將處在非飽滿(mǎn)放電狀態(tài)下。蓄電池在此狀態(tài)工作時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)蓄電池使用性能及循環(huán)壽命的負(fù)面影響也越大。

太陽(yáng)能電源系統(tǒng)的本質(zhì)問(wèn)題是對(duì)晴天的利用率。蓄電池待機(jī)的目的是為了使系統(tǒng)具備等到晴天的必要條件，充分利用晴天快速補(bǔ)充蓄電池欠缺電量，不僅是保證蓄電池（亦即負(fù)載）使用性能的關(guān)鍵，也是延長(zhǎng)蓄電池供電時(shí)間和循環(huán)壽命、提高系統(tǒng)供電可靠性的關(guān)鍵[5]。

（3）在現(xiàn)有配置下使用具有MPPT功能的太陽(yáng)能電源系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)。

首先，系統(tǒng)工作效率高，較PWM式最大高32%，平均高15%。具有MPPT功能的直流變換穩(wěn)壓型太陽(yáng)能控制器，PV的輸出電壓不受蓄電池的牽制，能夠在蓄電池需要電能補(bǔ)充時(shí)提供最大的功率輸出，系統(tǒng)的整體工作效率達(dá)到95%以上。而蓄電池穩(wěn)壓型太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的輸出效率隨電池組的電壓降低而降低，顯然不能提供最大的工作效率。具有MPPT功能的太陽(yáng)能系統(tǒng)整體工作效率比PWM型平均高出約15%。

其次，保護(hù)蓄電池的使用性能和壽命，提高供電的可靠性。對(duì)蓄電池的第一層保護(hù)是指MPPT控制系統(tǒng)具有獨(dú)立的可調(diào)、穩(wěn)壓輸出功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)蓄電池組的均浮充管理。第二層保護(hù)是指MPPT系統(tǒng)效率高，能夠快速補(bǔ)償蓄電池的電能，減少蓄電池的深度放電概率，從而提高了系統(tǒng)整體的供電可靠性，減低了蓄電池組運(yùn)維成本。第三層保護(hù)是指MPPT控制系統(tǒng)方便實(shí)現(xiàn)蓄溫度補(bǔ)償功能。以上3層保護(hù)是非獨(dú)立穩(wěn)壓系統(tǒng)無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)的，MPPT太陽(yáng)能系統(tǒng)對(duì)蓄電池組有多重的保護(hù)功能，是蓄電池的使用性能和壽命比蓄電池穩(wěn)壓系統(tǒng)高很多的主要原因。此外，蓄電池使用性能的提高也大大提高了系統(tǒng)的工作可靠性。

最后，穩(wěn)壓式的模塊化設(shè)計(jì)使系統(tǒng)工作可靠性提高。MPPT功能的太陽(yáng)能電源都是采用直流變換穩(wěn)壓工作模式，具有獨(dú)立穩(wěn)壓功能。太陽(yáng)能控制系統(tǒng)由多臺(tái)具有同等穩(wěn)壓功能的功率控制模塊并機(jī)組合而成，能夠脫離蓄電池組工作，避免因蓄電池組的缺失對(duì)負(fù)載的影響，大大提高整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性[6]。即使突然拆除蓄電池組，也不會(huì)對(duì)負(fù)載供電產(chǎn)生影響。

2019年9月，在拉薩對(duì)MPPT太陽(yáng)能電源和PWM投撤型太陽(yáng)能電源進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。7 200 Wp太陽(yáng)能電池方陣分為兩個(gè)部分，分別接入MPPT太陽(yáng)能控制器和PWM太陽(yáng)能控制器，并分別接到兩組48 V/1 000 Ah的同型號(hào)同虧電狀態(tài)的蓄電池上，用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄工作參數(shù)（每10 s記錄1次數(shù)據(jù)）。某基站太陽(yáng)能外景如圖5所示。

圖5 拉薩某基站太陽(yáng)能外景

2019年9月23日，蓄電池組負(fù)載全天滿(mǎn)功率輸出對(duì)比測(cè)試如圖6所示。

圖6 池組負(fù)載全天滿(mǎn)功率輸出對(duì)比測(cè)試圖

蓄電池組均充管理性能比較如圖7所示。2019年10月10日，蓄電池即將充滿(mǎn)時(shí)，觀察蓄電池組的均浮充管理性能。

圖7 蓄電池組均充管理性能比較圖

蓄電池剛進(jìn)入均充控制點(diǎn)是測(cè)試控制器均充管理的關(guān)鍵點(diǎn)，此時(shí)PWM+投撤控制器在進(jìn)行子陣投撤動(dòng)作，出現(xiàn)較大的能量脈沖（淺色脈動(dòng)線）。投入子陣時(shí)，蓄電池組充電電流過(guò)大，屬于短時(shí)過(guò)充（見(jiàn)突出的淺色部分）。切出子陣時(shí)，蓄電池充電電流減小，見(jiàn)圖中和淺色相鄰的深色凹陷部分。顯然PWM系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池組真實(shí)的均充管理。

MPPT控制系統(tǒng)在設(shè)定的均充電壓下輸出平穩(wěn)（深色水平線），在太陽(yáng)具有足夠照度時(shí)，始終保持對(duì)蓄電池組的均充管理，沒(méi)有突變的浪涌電流，控制器在檢測(cè)充電電流的大小，當(dāng)達(dá)到均浮充轉(zhuǎn)換值后（5 mA/Ah），將立刻轉(zhuǎn)入浮充充電。蓄電池組浮充性能比較如圖8所示。

圖8 蓄電池組浮充性能比較圖

在蓄電池組完成均充進(jìn)入浮充狀態(tài)后，應(yīng)該是有較小的一個(gè)穩(wěn)定電流充入蓄電池組，為蓄電池組補(bǔ)充自身的損耗電能。圖中深色的水平線表明，MPPT系統(tǒng)以穩(wěn)定的電流為蓄電池浮充，沒(méi)有讓蓄電池組放電。而PWM系統(tǒng)能夠明顯地看出在蓄電池達(dá)到浮充控制點(diǎn)時(shí)，PWM控制系統(tǒng)不停的投切子陣。當(dāng)太陽(yáng)能電池接入時(shí)，必然有高能脈沖為蓄電池充電，當(dāng)太陽(yáng)能電池切出時(shí)，出現(xiàn)深色凹陷，此時(shí)蓄電池放電，為負(fù)載供電，沒(méi)有真實(shí)意義的浮充管理。

2019年10月12日，測(cè)試兩種控制器的溫度補(bǔ)償功能。蓄電池溫度補(bǔ)償功能比較如圖9所示。

圖9 蓄電池溫度補(bǔ)償功能比較圖

圖9中，淺色部分是PWM控制器在蓄電池組充滿(mǎn)時(shí)的工作波形?？梢?jiàn)在蓄電池充滿(mǎn)后，為了調(diào)整蓄電池的充電電流，仍在不停的投切子陣，出現(xiàn)了淺色深色相間的投切脈沖，但卻沒(méi)有實(shí)現(xiàn)低溫時(shí)的溫度補(bǔ)償。而深色部分的MPPT控制器工作波形很明顯的比淺色部分抬高了近500 W，且輸出平穩(wěn)，說(shuō)明MPPT控制器實(shí)現(xiàn)了溫度補(bǔ)償。

性能產(chǎn)生如此巨大差距的原因是PWM控制相當(dāng)于一個(gè)直通型的開(kāi)關(guān)，將太陽(yáng)能方陣直接和蓄電池組相連，不能夠獨(dú)立控制太陽(yáng)能方陣的輸出電壓和電流，而是依靠蓄電池組的容量通過(guò)投切太陽(yáng)能子陣來(lái)調(diào)節(jié)充電電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出電壓[7]。

DC-DC太陽(yáng)能控制器是一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，太陽(yáng)能方陣的輸出電壓和電流均經(jīng)過(guò)控制器的整定后,再輸出給負(fù)載和蓄電池組。輸出電壓和電流的大小均有控制器控制完成，蓄電池僅是電能的存儲(chǔ)部件，因此能夠被完好地控制，實(shí)現(xiàn)真實(shí)意義的均浮充管理。

3 風(fēng)力發(fā)電特性及優(yōu)缺點(diǎn)

通信上經(jīng)常使用的風(fēng)機(jī)從控制保護(hù)方式可分為泄荷剎車(chē)/甩機(jī)型和強(qiáng)風(fēng)偏航型兩類(lèi)。

3.1 泄荷剎車(chē)/甩機(jī)型風(fēng)機(jī)

泄荷剎車(chē)/甩機(jī)型風(fēng)機(jī)由發(fā)電機(jī)頭、風(fēng)葉、尾舵以及內(nèi)置的電磁剎車(chē)組件構(gòu)成，需要配合泄荷器使用。風(fēng)機(jī)尾舵與機(jī)頭連為一體，尾舵的作用是使風(fēng)機(jī)始終處于迎風(fēng)方向，當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)電過(guò)剩時(shí)，接入泄荷器旁路多于電能，同時(shí)也增大了風(fēng)機(jī)負(fù)荷，降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)風(fēng)力過(guò)強(qiáng)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定或最大值后，通過(guò)內(nèi)部電磁制動(dòng)剎車(chē)，抱死風(fēng)機(jī)，使之停轉(zhuǎn)，以保證風(fēng)機(jī)的安全。甩機(jī)型工作方式是在此時(shí)通過(guò)風(fēng)能控制器將風(fēng)機(jī)從主回路上切出，使風(fēng)機(jī)空轉(zhuǎn)，以保護(hù)風(fēng)機(jī)和負(fù)載設(shè)備的安全。風(fēng)機(jī)的剎車(chē)抱死和切出均是自動(dòng)完成的[8]。

此類(lèi)風(fēng)機(jī)的主要特點(diǎn)是在無(wú)人工干預(yù)下始終正面迎風(fēng)，處于正面承受風(fēng)壓狀態(tài)，其抱死或切出旨在防止高壓大電流沖擊蓄電池和負(fù)載。優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)能利用的設(shè)定區(qū)間較精確，可通過(guò)多組泄荷電阻調(diào)節(jié)風(fēng)能的輸入電流，提高風(fēng)能的利用效率。缺點(diǎn)是風(fēng)機(jī)始終正面承受風(fēng)壓，不論剎車(chē)抱死型還是切出型，在強(qiáng)風(fēng)下風(fēng)葉和機(jī)架都易被損壞，風(fēng)機(jī)的故障率較高。

3.2 強(qiáng)風(fēng)偏航型風(fēng)機(jī)

強(qiáng)風(fēng)偏航型風(fēng)機(jī)由發(fā)電機(jī)機(jī)頭、風(fēng)葉、偏心軸以及尾舵組成。發(fā)電機(jī)的機(jī)頭與尾舵通過(guò)一個(gè)軸相連，整個(gè)機(jī)身又由一個(gè)偏心軸和機(jī)架相連，風(fēng)機(jī)的尾舵后部設(shè)計(jì)有一個(gè)折彎，用來(lái)在強(qiáng)風(fēng)狀態(tài)下提高偏航動(dòng)力。偏航式風(fēng)機(jī)就是利用偏心軸，使風(fēng)機(jī)在強(qiáng)風(fēng)下正面承受風(fēng)壓，形成偏轉(zhuǎn)趨勢(shì)，偏轉(zhuǎn)機(jī)身。由于風(fēng)機(jī)尾舵和風(fēng)機(jī)葉面的承受力矩相反，因此當(dāng)風(fēng)速足夠大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)折尾現(xiàn)象。當(dāng)風(fēng)機(jī)折尾后，風(fēng)葉承受的風(fēng)壓驟然降低，而尾舵會(huì)在風(fēng)中尋找順風(fēng)方向，從而帶動(dòng)風(fēng)頭葉面偏離迎風(fēng)面。尾舵與機(jī)頭的偏角最大為90°，偏航式風(fēng)機(jī)外觀如圖10所示。

圖10 偏航式風(fēng)機(jī)外觀

偏航式風(fēng)機(jī)偏航原理如圖11所示。

圖11 偏航式風(fēng)機(jī)偏航原理

偏航型風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是風(fēng)速達(dá)到設(shè)定值時(shí)，風(fēng)機(jī)頁(yè)面能夠自動(dòng)偏離風(fēng)向90°使風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，保護(hù)風(fēng)機(jī)的安全。當(dāng)風(fēng)向出現(xiàn)變換時(shí)，一旦達(dá)到切入風(fēng)速，風(fēng)機(jī)能夠自動(dòng)迎向風(fēng)向，投入工作。此類(lèi)風(fēng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能夠自動(dòng)躲避強(qiáng)風(fēng)，工作可靠性高，不易損壞，具有很高的適應(yīng)能力。缺點(diǎn)是風(fēng)能的利用范圍相對(duì)較小。

4 太陽(yáng)能、風(fēng)能電源的使用和注意事項(xiàng)

4.1 太陽(yáng)能電源應(yīng)選擇合適的太陽(yáng)能控制器

由于硅PV的生產(chǎn)工藝已經(jīng)十分成熟，正規(guī)廠家PV的質(zhì)保期都在10年以上，因此雖然PV是太陽(yáng)能電源系統(tǒng)最貴重的部件，但卻不是最關(guān)鍵的部件。太陽(yáng)能電源系統(tǒng)的使用性能和可靠性幾乎全部集中在太陽(yáng)能控制器上，選擇好太陽(yáng)能控制器是設(shè)計(jì)使用太陽(yáng)能電源的關(guān)鍵。

PV方陣的安裝應(yīng)參照當(dāng)?shù)氐木暥却_定仰角（仰角=緯度+5°）。太陽(yáng)能組件安裝應(yīng)牢固結(jié)實(shí)，在野外主要預(yù)防的是風(fēng)暴的襲擊，因此PV組件間應(yīng)留有空隙，以提高電池方陣的抗風(fēng)能力。每塊太陽(yáng)能組件間的空隙應(yīng)不小于20 mm，PV組件的表面玻璃為高透度鋼化玻璃，可抵抗直徑小于25 mm的冰雹撞擊[9]。有陽(yáng)光時(shí)，48 V PV方陣的輸出電壓應(yīng)在58～95 V。

4.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)較多

風(fēng)機(jī)槳葉、控制保護(hù)形式及工程安裝都會(huì)直接影響風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)機(jī)槳葉是一個(gè)技術(shù)含量很高的部件，槳葉的好壞是決定風(fēng)機(jī)使用壽命和可靠性的關(guān)鍵部件之一。風(fēng)機(jī)的槳葉必須有很好的強(qiáng)度和韌性，而且同臺(tái)風(fēng)機(jī)的每片槳葉必須在重量和強(qiáng)韌指標(biāo)上基本一致，否則在強(qiáng)風(fēng)的作用下會(huì)失去平衡，造成風(fēng)機(jī)劇烈震動(dòng)，引發(fā)風(fēng)機(jī)故障。風(fēng)機(jī)在出廠時(shí)，槳葉已經(jīng)配平，不同風(fēng)機(jī)的槳葉不能互換使用。目前較好的風(fēng)槳多采用高強(qiáng)度碳纖維和樹(shù)脂制作。

4.3 風(fēng)能控制器

風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能全部要通過(guò)風(fēng)能控制器整定并輸送給負(fù)載和蓄電池，其性能的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)系統(tǒng)十分關(guān)鍵。卸荷器的接入、蓄電池的充電管理以及風(fēng)機(jī)的切出都需做到可靠準(zhǔn)確，否則就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。較好的風(fēng)能控制器應(yīng)具備輸入輸出隔離功能，以降低輸入設(shè)備故障對(duì)系統(tǒng)的影響?？刂破髯詈镁哂蟹€(wěn)壓輸出和限流功能，以保護(hù)蓄電池組和風(fēng)機(jī)。

4.4 多能源輸入時(shí)各種能源使用順序的實(shí)現(xiàn)

多能源共同存在時(shí)，建議使用多能源一體化控制器。由于多能源一體化控制器有DC-DC穩(wěn)壓功能，風(fēng)光電一體化系統(tǒng)的控制模塊能夠控制太陽(yáng)能模塊輸出電壓、風(fēng)能模塊輸出電壓以及市電整流模塊輸出電壓。為了優(yōu)先使用太陽(yáng)能，系統(tǒng)可以設(shè)定太陽(yáng)能為一個(gè)供電等級(jí)，風(fēng)能為一個(gè)供電等級(jí)，市電整流模塊為一個(gè)供電等級(jí)。太陽(yáng)能通道、風(fēng)能通道以及市電通道的輸出可以被校準(zhǔn)在不同的電位上，三者具有不同的輸出特性，以此實(shí)現(xiàn)以太陽(yáng)能→風(fēng)能→市電→蓄電池的用電順序使用電能，并且當(dāng)上一級(jí)能量不足時(shí)欠缺部分會(huì)自動(dòng)由下一級(jí)能量補(bǔ)足，充分保證在最需要時(shí)適時(shí)適量的使用蓄電池組的能量，保證蓄電池組的待機(jī)時(shí)間。同時(shí)最大限度地使用新能源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排[10]。

4.5 工程安裝

相較于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，小型風(fēng)機(jī)高度較低，通常工作在風(fēng)的紊流區(qū)域，風(fēng)機(jī)有很大的破壞性。離地面高度越高，風(fēng)速越穩(wěn)定，因此小風(fēng)機(jī)安裝高度應(yīng)高于6 m，并盡量在相對(duì)平坦的空地安裝風(fēng)機(jī)。

影響風(fēng)機(jī)工作性能的因素有很多，而且還存在機(jī)械磨損問(wèn)題，導(dǎo)致風(fēng)能的可靠性大大低于太陽(yáng)能。因此，風(fēng)光互補(bǔ)的供電系統(tǒng)應(yīng)以太陽(yáng)能為主、風(fēng)能為輔，在西藏地區(qū)一般風(fēng)光配置的比率不要超過(guò)3∶7。

5 結(jié) 論

由于西藏地區(qū)地廣人稀，相當(dāng)大的區(qū)域內(nèi)無(wú)市電可用，或者市電來(lái)自小水電站（旱季無(wú)法發(fā)電），因此如何保證偏遠(yuǎn)地區(qū)尤其是道路沿線通信基站的可靠穩(wěn)定運(yùn)行成為各運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。風(fēng)能太陽(yáng)能在其他地區(qū)作為市電的補(bǔ)充和節(jié)能減排的手段，但在西藏，風(fēng)能太陽(yáng)能是很多通信基站唯一的能量來(lái)源，因此高效利用風(fēng)能太陽(yáng)能的實(shí)際意義顯得尤為突出，選用高效率一體式控制器是提高效率的重要途徑。